PNEUMTICAMARCOS DORIGO MANFRINATO MARCOS DORIGO MANFRINATOUNIVERSIDADE PAULISTACAMPUS ARARAQUARA/SP2009BIBLIOGRAFIA1. Ariveltro Bustamante Fialho. Automao Pneumtica projetos,dimensionamento e anlise de circuitos. 2edio, Editora rica, 2004.2. Antonio Creus Sol.Neumtica e Hidrulica. 1 edio,Ediciones Tcnicas Marcombo, 2007. Ediciones Tcnicas Marcombo, 2007.3. Harry L. Stewart. Pneumtica & Hidrulica. 3 edio, EditoraHemus, 20074. Nelso Gauze Bonacorso e Valdir Noll. AutomaoEletropneumtica. 11 edio, Editora rica, 2008.5. FESTODIDATIC,Introduo a Pneumtica, So Paulo,Editora Festo Didact, 2004.6. FESTO DIDATIC, Introduo a Sistemas 6. FESTO DIDATIC, Introduo a SistemasEletropneumticos, So Paulo, Editora Festo Didatic, 2004.7. FESTO DIDATIC, Introduo a Controladores LgicosProgramveis, So Paulo, Editora Festo Didact, 2004.8. FESTO DIDATIC, Tcnicas de Automao Industrial - I, SoPaulo, Editora Festo Didact, 2004.9. PARKER HANNIFIN, Tecnologia EletropneumticaIndustrial, So Paulo, Editora Parker Training, 2001CONCEITOS BSICOSO QUE PNEUMTICA???Onde aplicar???? Onde aplicar????Princpios fsicos que envolvem???Que sistema poderia fazer a mesmaQue sistema poderia fazer a mesma coisa?VANTAGENS QUANTIDADE o ar para ser comprimido existe emquantidades ilimitadas. J na hidrulica o fluido limitado ao reservatrio, caso exista algum vazamento osistemapodersofrer ainflunciadafaltadofluido sistemapodersofrer ainflunciadafaltadofluidohidrulico e o sistema no funciona.TRANSPORTEoarcomprimidotransportadopormeiodetubulaes, noexistindoparaessecasoanecessidadedelinhas deretorno, comofeitonossistemashidrulicos. A mangueiradetransportedearcomprimido so mais baratas pois no precisa de comprimido so mais baratas pois no precisa dereforocomoasmangueirasutilizadasnahidrulicos,fatoestedevidoapressodetrabalho. A pressodetrabalho na hidrulica pode passar de 350 bar enquantoque na pneumtica a presso mxima no passam de15 bar.VANTAGENS ARMAZENAGEM ao contrrio da hidrulica em quedurante o funcionamento do circuito faz-se necessrio otrabalhocontinuodabombahidrulica(namaioriadoscasos) para a circulao do fluido que se encontra casos) para a circulao do fluido que se encontraarmazenado em um tanque anexo ao equipamento, empneumticaoar comprimidopor umcompressor earmazenado emumreservatrio, no sendo assimnecessrioqueocompressor trabalhecontinuamente,mas sim, somente, quando a presso cair a umdeterminado valor ajustado em um pressostato. determinado valor ajustado em um pressostato. TEMPERATURA diferentemente do olo que tem suaviscosidade afetada pela variao da temperatura, o arcomprimido insensvel s oscilaes desta, permitindoum funcionamento seguro, mesmo em condiesextremas.VANTAGENS SEGURANA o ar comprimido no apresentaperigos de exploso ou incndio, e mesmo quehouvesse exploso por falha estrutural de umcomponente, tubulao, mangueira, ou mesmo do componente, tubulao, mangueira, ou mesmo doreservatrio de ar comprimido, a presso do ar utilizadoempneumtica relativamente baixa (6 a 12 bar),enquantoquenahidrulicatrabalha-secompressesque chegam ordem de 350 bar. LIMPEZA uma vez que o fluido de utilizao o arcomprimido, no h riscos de poluio ambientam, comprimido, no h riscos de poluio ambientam,mesmo ocorrendo eventuais vazamentos nos elementosmal vedados. Este fato torna a pneumtica um sistemaexcelente e eficiente para aplicao na industriaalimentcia e farmacutica.VANTAGENS CONSTRUO uma vez que as presses detrabalho so relativamente baixas quandocomparadas hidrulica, seus elementos de comando e ao somenos robustos e mais leves, podendo ser menos robustos e mais leves, podendo serconstrudosemligadealumnio, tornandoseucustorelativamente menor, portando mais vantajoso. VELOCIDADE um meio de trabalho que permitealta velocidade de deslocamento, em condiesnormaisentre1e2m/s, podendoatingir10m/snocaso de cilindros especiais e 500.000 rpm no caso de caso de cilindros especiais e 500.000 rpm no caso deturbinaspneumticas. Nahidrulicaavelocidadededeslocamento, em condies normais de 0,5 m/s.VANTAGENS REGULAGEM a pneumtica no possuem escala deregulagem, isto , os elementos so regulados emvelocidade e fora, conforme a necessidade daaplicao, sendo da escala de zero o mximo do aplicao, sendo da escala de zero o mximo doelemento. SEGURANA CONTRA SOBRECARGA diferenementedossistemaspuramentemecnicosoueletroeletrnicos, os elementos pneumticos podem sersolicitados, emcarga, atparar, semsofrer qualquerdano, voltando a funcionar normalmente to logo cesse dano, voltando a funcionar normalmente to logo cessearesistncia. Emsistemashidrulicosquandoocorresobrecarga o sistema pode sofrer danos na bomba,mangueiras e conexes.DESVANTAGENS PREPARAO a fim de que o sistema possa ter um excelenterendimento, bem como uma prolongada vida til de seuscomponentes, o ar comprimido requer umboa preparao daqualidade do ar, isto , isento de impurezas e umidades, o que possvel comautilizaodefiltrosepurgadores. Dessaforma, possvel comautilizaodefiltrosepurgadores. Dessaforma,variaes na midade do ar e particulas suspensas afetamaqualidade de produo de ar comprimido. COMPRESSIBILIDADE a compressibilidade umacaracterstica no apenas do ar, mas tambm de todos os gases,que impossibilita a utilizao da pneumtica comvelocidadesuniformes e constantes. Isto que dizer que diferentemente dahidrulica, ou mesmo da eletrnica, em controle de servomotores hidrulica, ou mesmo da eletrnica, em controle de servomotorespara movimentos de preciso, a pneumtica no possibilita controlede velocidade preciso e constante durante vrios ciclos seguidos.J na hidrulica por utilizar fluido incompressvel a velocidade dosatuadoresso uniformeso que possibilita tambm a reverso derotao instantnea. FORA a pneumtica conseguer aplicar foras pequenas, fatoesseseconsiderarmosqueapressonormal detrabalhonasredes pneumticas industriais, ou seja, uso econmico (6 bar), como uso direto de cilindros, chegar a foras de 4825 N (capacidadeDESVANTAGENSo uso direto de cilindros, chegar a foras de 4825 N (capacidadeparaerguer umamassade494kg) comumatuador linear dedimetro de pisto de 320 mm. Se utilizarmos o mesmo atuadorlinear agora em um sistema hidrulico cuja a bomba fornea umapresso de trabalho de 350 bar a fora pode chegar a 281486 N(capacidade para erguer uma massa de 28723 kg). ESCAPE DE AR sempre que o ar expulso de dentro de umatuador, aps seu movimento de expanso ou retrao, ao passar atuador, aps seu movimento de expanso ou retrao, ao passarpelavlvulacomutadora, espalhando-senaatmosferaambiente,provoca um rudo relativamente alto, apesar de que nos diasdehoje, este problema foi quase totalmente eliminado com odesenvolvimento de silenciadores.DESVANTAGENS CUSTOS quando levados em considerao os custosde implantao dentro de uma indstria (produo,preparao, distribuio e manuteno), eles podem serconsiderados significativos. Entretanto, o custo de considerados significativos. Entretanto, o custo deenergiaempartecompensadopeloselementosdepreos vantajosos e rentabilidade do equipamento.PRODUO DE AR COMPRIMIDOCOMPRESSORESVOLUMTRICOS DINMICOSALTERNATIVOS ROTATIVOSPALHETASCENTRFUGOS AXIAIS LBULOS PARAFUSOSPRODUO DE AR COMPRIMIDOCARACTERSTICAS IMPORTANTES NA ESCOLHA DE UMCOMPRESSORVolume de ar fornecido Volume de ar fornecidoVolume tericoVolume efetivoPressoPresso de regimePresso de trabalhoAcionamentoMotor eltricoMortor a exploso Mortor a explosoSistema de regulagemRegulagem por descargaRegulagem por fechamentoRegulagem por garrasRegulagem por rotaoRegulagem intermitentePRODUO DE AR COMPRIMIDOPISTO OU MBOLOPRODUO DE AR COMPRIMIDODUPLO PISTO DUPLO PISTOMais utilizado atualmente;Suporta presses acima de 10 bar;Contamina o ar com leo;Compresso pulsante;Baixo custo.PRODUO DE AR COMPRIMIDOPALHETAS PALHETASIsento de lubrificao;No atinge alta presso;Compresso contnua;Pode ser usado como bomba de vcuo.PRODUO DE AR COMPRIMIDOROOTS OU LBULOSIsento de lubrificao;No atinge alta presso; No atinge alta presso;Compresso contnua;Grandes vazes;Alto nvel de rudo.PRODUO DE AR COMPRIMIDODUPLO PARAFUSOIsento de lubrificao; Isento de lubrificao;Baixa manuteno;Grande aplicao na indstria;Altas vazes;Custo elevado.DISTRIBUIO DE AR COMPRIMIDOSECAGEM D0 AR COMPRIMIDOIMPLANTAO DA REDE DE DISTRIBUIOREDE DE DISTRIBUIODIMENSIONAMENTO DA LINHA PRINCIPAL (TRONCO)Essedimensionamentodeveconsiderar umaqueda de presso de 0,3 a 0,5 kgf/cm2do queda de presso de 0,3 a 0,5 kgf/cm doreservatrio (adotar 0,5 a partir de 500 m) at oconsumidor. No dimensionamento da linhatronco, devemser consideradososseguintesitens: Volume de ar corrente (vazo) Comprimento total da linha tronco Comprimento total da linha tronco Queda de presso admissvel Nmero de ontos de estrangulamento Presso de regimeVOLUME DE AR CORRENTEaquantidadedem3dear por horaqueserconsumidadarede, pelosautomatismos,supondo todos em funcionamento em um supondo todos em funcionamento em ummesmo momento.Paraefeitodedimensionamentoseguroerecordando a possibilidade de futura ampliaodos pontos de consumo, deve-se somar a essevolumeopercentual estimadoparaaduturaampliao. ampliao.Q..............m3/hCOMPRIMENTO TOTAL DA LINHA TRONCOasomadocomprimentolinear datubulao tronco como comprimentoequivalente originado dos pontos deestrangulamentoLt.................m Lt.................mLt = L1 + L2L1 = comprimento retilneo (m)L2 = comprimento equivalente (m)QUEDA DE PRESSO ADMITIDAA presso de um fluido, ao deslocar-se atravs deuma tubulao, sofre gradual reduo ao longo docomprimento, emfunodos atritos internos edos comprimento, emfunodos atritos internos edospossveis estrangulamentos (curvas, registros,vlvulas, etc.) que existam ao longo dela.Essa queda de presso, tambm conhecida comoperda decarga, paraumsatisfatriodesempenho darede, no deve exceder 0,3 kgf/cm2. Emcaso degrandes redes pode chegar ao mximo de 0,5 kgf/cm2. grandes redes pode chegar ao mximo de 0,5 kgf/cm2.P....................kgf/cm2PRESSO DE REGIMEComojforavistoanteriomente, apresso na qual o ar se encontraarmazenado no reservatrio (7 a 12 armazenado no reservatrio (7 a 12kgf/cm2). Lembrandoqueapressodetrabalho considerada econmicaindustrialmente de 6 kgf/cm2.P........................kgf/cm2P........................kgf/cmEQUACIONAMENTOA determinao do dimetro mnimonecessrio para atender demanda,inclusive j prevendo expanso futura, inclusive j prevendo expanso futura,pode ser obtida ento pelo seguinteequacionamento das variveis citadas:((

=585 , 1 3. . 10 . 663785 , 110L Qdt((

=5.10P PdtASTM A 120NMERO DE PONTOS DE ESTRANGULAMENTOSo as singularidades j mencionadas (curvas, So as singularidades j mencionadas (curvas,registros, ts, etc.), necessrias paradistribuio da linha tronco por dentro de todaa planta industrial. Essas singularidades devemser transformadas em comprimentoequivamente (L2)EXEMPLO PRTICO 1 linha troncoA seguir, demonstrado um exemplo prtico em que se deseja determinar o dimetro necessrio tubulao da linha tronco de uma rede com as seguintes caractessticas:Comprimento de tubulao linear (retilneo) 300 m Comprimento de tubulao linear (retilneo) 300 mPerda de carga admitida 0,3 kgf/cm2Presso de regime 9 kgf/cm2Volume de ar corrente 300 m3/hAumento de capacidade prevista nos prximos 10 anos 60%Singularidades: Singularidades:10 ts roscados com fluxo em ramal5 ts roscados com fluco em linha7 vlvulas do tipo gaveta, roscadas6 curvas de 90 de raio longoEmprimeirolugar necessriodispor databelacomtodasassingularidades com seus respectivos comprimentos equivalentes,porm, ao consultarmos verificaremos que h a necessidade doconhecimento de um dimetro nominal. Esse dimetro ser obtidode uma primeira aplicao da equao do dimetro minimo, sem,noentanto, consideraraexistnciadassingularidades, ouseja,serconsideradoapenasocomprimentodatubulaoretlinea.Assim, teremos:( ) mmP PL Qdt300 . 6 , 1 . 300 . 10 . 663785 , 1.. . 10 . 663785 , 11085 , 133585 , 1 3((

|||

|(((

=( )mm dcmkgfcmkgfmhd709 . 3 , 0300 . 6 , 1 . 300 . 10 . 663785 , 1102 235=(((((

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\|||

\|||

\=De acordo com a Tabela da norma ASTM a 120 o dimetro internoequivalente de 70 mm de 3 in. Este valor de 3 in um valor dereferncia que deve ser utilizado para consultar as perdas de cargapor singularidades. Dessa forma, teremos,SINGULARIDADE QUANTIDADE COMPRIMENTO EQUIVALENTE (m)TOTAL (m)(m)T roscado com fluxo em ramal10 5,2 52T roscado com fluxo em linha5 3,7 18,5Vlvula do tipo7 0,58 4,06 Vlvula do tipo gaceta, roscada7 0,58 4,06Curva de 90 de raio longo6 1,2 7,2Comprimento equivalente total (L2) 81,76Reaplicando a equao e substituindo as variveis, teremos:P PL Qdt.. . 10 . 663785 , 11085 , 1585 , 1 3( (((

=( )mm dcmkgfcmkgfmhmd51 , 739 . 3 , 076 , 81 300 . 6 , 1 . 300 . 10 . 663785 , 1102 285 , 1335=((((((

||

\|||

\|+|||

\|=mm d 51 , 73 =Para esse caso mesmo considerando as perdas de carga devidas singularidades, o dimetro necessrio continua aindacorrespondendo ao tudo de dimetro nominalde 3 in, conformeTabela ASTMA 120.EXEMPLO PRTICO 2 linha secundriaSupondoquearedecalculadaanteriormentetenhaavista superior, conforme demonstrado na figura aseguir:Os dados referentes s linhas secundrias, conforme a Figura Acima, so os seguintes:Comprimento de tubulo linear (cada linha) 11 mPerda de carga admitida 0,3 kgf/cm2Presso de regime 9 kgf/cm2Volume de ar corrente total da fbrica 300 m3/hAumento de capacidade prevista nos prximos 10 anos 60%So dez linhas secundrias de igual comprimento. So dez linhas secundrias de igual comprimento.Singularidades3 ts roscados com fluxo em ramal1 vlvula do tipo gaveta roscada1 curva de 90 de raio longo roscada1 cotovelo comum de 90 roscadoAjustando o volume de ar corrente por linha secundria, teremosna equao:P PL Qdt.. . 10 . 663785 , 110585 , 1 3(((

=( )cmkgfcmkgfmhmd9 . 3 , 011 .10 6 , 1 . 300. 10 . 663785 , 1102 285 , 1335((((((

||

\|||

\||||

\|= mm dcm cm42 , 15 =(

\ \Verificando o dimetro calculado na Tabela ASTM A 120,teremos um dimetro interno nominal de 1/2 in.Utilizando o valor do dimetro nominal de 1/2 in, pode-seencontrar osvaloresdassingularidadesnatabela,desta forma teremos:SINGULARIDADE QUANTIDADECOMPRIMENTO EQUIVALENTE (m)TOTAL (m)T roscado com fluxo em ramal3 1,3 3,9Vlvula do tipo gaveta, roscada1 0,17 0,17roscadaCurva de 90 de raio longo1 0,67 0,67Cotovelo comum de 90roscado1 1,1 1,1Comprimento equivalente total (L2) 5,84Reaplicando a equao e substituindo as variveis, tem-se:( ) mmP PL Qdt84 , 5 11 .6 , 1 . 300. 10 . 663785 , 1.. . 10 . 663785 , 11085 , 133585 , 1 3((

+ ||

|(((

=( )mm dcmkgfcmkgfmhmd80 , 169 . 3 , 084 , 5 11 .10 6 , 1 . 300. 10 . 663785 , 1102 235=(((((

||

\|||

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\|=mm d 80 , 16 =Lembrando que 16,80 o dimetro interno necessrio tubulao da linha,ebuscandonaTabelaASTMA120, tem-sedimetrointernoigual ouimediatamente superior ao obtido, verificaremos que o mais prximosuperior temdimetro interno de 21 mme corresponde ao tubo dedimetro nominal 3/4 in.DIMENSIONAMENTO DA LINHA TRONCO A PARTIR DE UM NOMOGRAMAAlm da equao que oferece resultados Alm da equao que oferece resultadosbastante precisos, a FMA Pokorny, de Frankfurt,naAlemanha, desenvolveuumnomogramaoqualpermite obter o dimetro da tubulao dalinhatronco, deformaumpoucomaisrpida,com clculo simples, porm no to precisos. com clculo simples, porm no to precisos.Abaixo apresenta-se o nomograma, e que podeser usada conforme as seguintes instrues,conforme apresentado no exemplo a seguir.EXEMPLO PRTICO 1 linha troncoA seguir, demonstrado um exemplo prtico em que sedesejadeterminar odimetronecessriotubulaoda linha tronco de uma rede com as seguintescaractessticas:Comprimento de tubulao linear (retilneo) 300 m Comprimento de tubulao linear (retilneo) 300 mPerda de carga admitida 0,3 kgf/cm2Presso de regime 9 kgf/cm2Volume de ar corrente 300 m3/hAumento de capacidade prevista nos prximos 10anos 60%Singularidades: Singularidades:10 ts roscados com fluxo em ramal5 ts roscados com fluco em linha7 vlvulas do tipo gaveta, roscadas6 curvas de 90 de raio longoSINGULARIDADE QUANTIDADE COMPRIMENTO EQUIVALENTE (m)TOTAL (m)T roscado com fluxo em ramal10 3,9 39T roscado com fluxo em linha5 2,8 14Vlvula do tipo gaceta,7 0,52 4,63 Vlvula do tipo gaceta, roscada7 0,52 4,63Curva de 90 de raio longo6 1,1 6,6Comprimento equivalente total (L2) 63,24O comprimento total da linha tronco ser:L L L + =m Lm m LL L Lttt24 , 36324 , 63 3002 1=+ =+ =Esse dimetro resulta, conforme podeser analisado, 60mm, quedeacordocomaTabelaASTMA120, continuacorrespondendo a um tubo de dimetronominal 2. 1/2 in.ATUADORES PNEUMTICOSOs atuadores pneumticos so elementos mecnicos que pormeio de monimentos lineares ou rotativos transformamaenergia cintica gerada pelo ar pressurizado e em expanso,em energia mecnica, produzindo trabalho.Conhecidos comumente como cilindros pneumticos, soelementos constitdos por um tubo cilndrico, tendo em uma de elementos constitdos por um tubo cilndrico, tendo em uma desuasextremidadesfechadapor umatampa, aqual contmuma conexo que serve para admisso e exausto do ar, e naoutra extremidade outra tampa com igual caracterstica, pormdotada ainda de um furo central pelo qual se movimenta umahaste que, na extremidade interna ao cilindro, possui ummbolo com vedao, que pela ao do ar expandindo-se nointerior do tubo cilndrico, possibilita o movimento de expanso interior do tubo cilndrico, possibilita o movimento de expansodessa haste. Os atuadores pneumticos so regidos pornormasintrnacionais, taiscomo: ISO6431, ISO6432 e DINISO 6431. A representao simblica normalizada dosatuadores deve estar de acordo com a norma DIN/ISO 1929de agosto de 1979, ainda hoje em vigor.Esto classificados basicamente em duasfamlias:Atuadores pneumticos lineares de simplesefeito;Atuadores pneumticos lineares de duplo efeito.Msculo PneumticoDIMENSIONAMENTO DE ATUADORES PNEUMTICOS LINEARES E ROTATIVOS COMERCIAISO dimensionamento dos atuadores O dimensionamento dos atuadoreslineares e rotativos para especificaofinal em catlogos comerciais defaricantes e revendedores feito a partirdeumaanlisedosesforosenvolvidos,amplitudededeslocamentos etipos demontagenstPPPFD. . . 4=Sendo que: Sendo que: DP dimentro minimo aceitvel do pisto cm; FP fora de projeto kgf; fator de correo da fora de projeto ver tabela; Pt presso de trabalho kgf/cm2.VERIFICAO E DIMENSIONAMENTO DO DIMETRO DA HASTE PELO CRITRIO DE EULERO critrio de Euler analisa a relao entre o comprimento da haste(L) e o tipo de fixao ( fornecido na tabela abaixo), fornecendo umcoeficiente, conhecidocomocomprimentolivredeflambagem, coeficiente, conhecidocomocomprimentolivredeflambagem,que aplicado no seguinte equacionamento, possibilitanto verificaro dimetro da haste oferecido no ctalogo satisfaz asnecessidades de projeto.432. . . . 64EF SDaH =3.EDH=Em que: comprimento livre de flambagem cm;E mdulo de elsticidade do ao (mdulo de Young) 2,1.107 N/cm2;Fa fora de avano (Fp.) N;S coeficiente de segurana (3,5 5).EXERCCIO EXEMPLOA figura a seguir representa a mesa de um dispositivo,quemovimentadopor deslizamentosobreprismaslubrificados, perfazendo um deslocamento total de 100cm. Dimensiornar o atuador pneumtico comercial,utilizando a Tabela FESTO (www.festo.com),consideranto a situao de montagem com as 2extremidades articuladas. Verificar pelo crutrio deEULERqual odimetromnimodehastenecessrioparaesseatuador. Considerandoaforaexecutadapelamesanoprojetode150kgf eapressodetrabalho de 6 kgf/cm2.DP6 .5 , 1 . 150 . 4=mm cm DP69 9 , 6 = =Analisando a tabela abaixo retirada so site da FESTO, etomando como base o modelo ADN, temos o dimetrode pisto de 80 mm como referncia, porem agora faz de pisto de 80 mm como referncia, porem agora faznecessrio encontrar qualo dimetro minmo da hastapara que no ocorra a flabagem.Calculando o dimetro mnimo (S = 3,5), temos:( ) ( ) N cmD5 , 1 . 10 . 150 . 100 . 5 , 3 . 642=( ) ( )mm cm DcmNN cmDHH88 , 16 688 , 110 . 2 .5 , 1 . 10 . 150 . 100 . 5 , 3 . 64427 3= ==Conclui-se que o atuador modelo ADN da FESTO deveter um DP = 80 mm e DH = 20 mm que ir satisfazerperfeitamente com segurana a necessidade doprojeto.